JPH08262194A - 低速陽電子ビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 減速材基板の破損を防止するとともに、減速
材基板への応力歪の発生及びリードの電極以外の部分へ
の接触を防止して、低速陽電子の発生効率の低下を防止
する。 【構成】 Ｓｉ基板３の両面に形成された表面電極４
ａ、４ｂの陽電子の入射や放出を妨げない位置に、リー
ド６を導電性の接着剤８で接着することにより、リード
６をＳｉ基板３の他の部分には接触しないように取り付
ける。次に、このフィールド・アシスト型減速材２を絶
縁性基板ホルダー５に接着剤９で接着する。この減速材
基板を冷却装置によって冷却した場合、冷却によってＳ
ｉ基板３と絶縁性基板ホルダー５との部材間の熱膨張率
の相違によって歪が発生しても、この歪が接着剤９によ
って吸収されるので、減速材基板の割れ及び歪による低
速陽電子の発生効率の低下を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低速陽電子回折法、陽
電子消滅誘起オージェ電子分光法、陽電子顕微鏡、陽電
子消滅による空孔欠陥の深さ方向分析法等に利用される
低速陽電子ビーム発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子の反粒子としての陽電子は、β⁺ 崩
壊する²²Ｎａ、⁵⁸Ｃｏ、⁶⁴Ｃｕ等のＲＩ（放射性同位元
素）から得ることができる。物質中に入射した陽電子は
周囲の電子と非弾性衝突してエネルギーを失い、１０
^-12 秒程度の短時間で熱エネルギー（ｋＴ）程度まで減
速される。熱化された陽電子は、１０^-10 〜１０^-7秒の
寿命で電子と対消滅し、約５１１ｋｅＶのγ線を放出す
る。このとき、エネルギーと運動量とが保存されるの
で、放出されたγ線を詳細に観測すれば、陽電子が消滅
した位置の電子の状態や格子欠陥を知ることができる。

【０００３】ところで、β⁺ 崩壊によりＲＩから発生し
た陽電子のエネルギーは、特定の値を持つわけではな
く、連続エネルギー分布を形成し、さらに高エネルギー
の陽電子の固体中への侵入深さが大きく、例えば、アル
ミへの侵入の深さは１００〜２００μｍに達するので、
陽電子を表面及び界面の研究に利用するには、これを低
速化し、かつエネルギーが揃った状態で試料に打ち込む
必要がある。

【０００４】そこで、連続エネルギー分布を成す（白
色）高速陽電子を単一のエネルギーの（単色）陽電子に
高効率で変換するために、従来より電場併用型（フィー
ルド・アシスト型）の減速材が提案されている。フィー
ルド・アシスト型減速材は、減速材基板の両側に電極を
設けて、この間に電圧を印加し、基板内部に生成された
電界により基板内部に入射した高速陽電子を基板の片側
に集め、低速陽電子として再放出させる効率を高めるも
のである。ここで、効率とは、その連続エネルギーの高
速陽電子の全個数に対する単色化された低速陽電子の発
生個数の比をいう。

【０００５】図４はこのようなフィールド・アシスト型
の陽電子減速材を用いた低速陽電子ビーム発生装置の概
略図である。図４において、５１は陽電子源、５２はフ
ィールド・アシスト型減速材であり、Ｓｉ結晶よりなる
板状の減速材５３と、その両面に形成されたタングステ
ンＷよりなる薄膜状に形成された薄膜電極５４ａとアル
ミニウムよりなる電極５４ｂよりなる。そして、両電極
５４ａ、５４ｂ間にＤＣ電源５５によって所定の電界を
かけた状態で、陽電子源５１から発生した白色陽電子５
６がＳｉ基板５３に入射すると、この白色陽電子５６は
Ｓｉ基板５３内で減速、熱化されると共に、Ｓｉ基板５
３内に形成された電界によって薄膜電極５４ａに運ば
れ、その表面から低速陽電子５７として放出される。

【０００６】一方、このフィールド・アシスト型の減速
材基板５３は絶縁性基板ホルダーによって保持される
が、その際フィールド・アシスト型減速材基板と絶縁性
基板ホルダーとはネジ止め等の方法で堅固に固定してい
る。また、減速材基板に設けられた電極５４ａ、５４ｂ
とＤＣ電源５５との電気的接続はリードをスポット溶接
したり、リードを減速材基板と絶縁性基板ホルダーとの
間に挟み込んだり、あるいは、バネのような弾性を有す
るコンタクトを接触させる、等の方法で行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の低速陽電子ビー
ム発生装置は上記のように構成されているが、加速粒子
の量を増やし、得られる低速陽電子ビーム強度の増大を
図るには、陽電子減速材を効率よく冷やすことが必要で
ある。すなわち、上記のように、陽電子の寿命は非常に
短く、消滅前にできるだけ長い距離を移動させる必要が
あり、陽電子減速材を冷却することによって、陽電子の
移動度が上がり、減速材より放出される陽電子を増加
し、発生効率を向上させることができる。しかし、従来
のように減速材基板と絶縁性ホルダーとを堅固に固定し
ていると、この冷却時に減速材基板と絶縁性ホルダーと
の部材間の熱膨張率の相違から基板が割れるという問題
があり、また、減速材基板と絶縁性ホルダーとをネジ止
めする際にも、減速材基板が割れたり、減速材基板に応
力歪が発生するという問題もあった。減速材基板に応力
歪が発生すると、格子欠陥が発生し、この格子欠陥に陽
電子がはまり込んで動けなくなり、低速陽電子の発生が
減少するので、低速陽電子の発生効率が低下する。ま
た、リードを減速材基板に溶接する場合には溶接時に局
所的に熱が発生することによって歪が発生して低速陽電
子の発生効率が劣化し、リードを基板とホルダーとの間
に挟み込む場合にも歪が発生し、低速陽電子の発生効率
が劣化する。さらに、バネ性のコンタクトを基板に押し
つけた場合にも減速材基板に歪が発生して低速陽電子の
発生効率が劣化するとともに、最悪の場合には基板が破
損するという問題もあった。また、リードを減速材基板
と絶縁性ホルダーとの間に挟み込む場合、リードが電極
以外の部分に触れてしまうということもあった。リード
が電極以外の部分に接触すると、図５に示すように、減
速材基板５３内部の電界５８が乱れて陽電子の再放出の
効率が劣化し、また、オーミック接触を起こした場合に
は、基板両端に高電圧を印加することが全くできなくな
り、低速陽電子が発生しなくなるという問題があった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたものであって、減速材基板の破損を防止するとと
もに、減速材基板への応力歪の発生及びリードの電極以
外の部分への接触を防止して、低速陽電子の発生効率の
低下を防止することができる低速陽電子ビーム発生装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の第１の発明は、陽電子源、減速材及び絶縁性
基板ホルダーを有する低速陽電子ビーム発生装置におい
て、減速材基板を絶縁性基板ホルダーに接着剤によって
固定したことを特徴とし、本願の第２の発明は陽電子
源、フィールド・アシスト型の減速材及び絶縁性基板ホ
ルダーを有する低速陽電子ビーム発生装置において、減
速材基板の両面に設けられた電極に、金属線、金属リボ
ンあるいは金属箔を導電性接着剤を用いて接着すること
によりリードとしたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本願の第１の発明は上記のように、減速材基板
が絶縁性基板ホルダーと接着剤によって固定されてお
り、冷却によって減速材基板と絶縁性基板ホルダーとの
部材間の熱膨張率の相違によって歪が発生しても、この
歪が接着剤によって吸収されるので、減速材基板の割れ
及び歪による低速陽電子の発生効率の低下を防止するこ
とができ、また、減速材基板と絶縁性ホルダーとをネジ
止めする際のような応力歪が発生しないので、低速陽電
子の発生効率が低下するということもない。

【００１１】一方、本願の第２の発明は、上記のよう
に、減速材基板の両面に設けられた電極に金属線、金属
リボンあるいは金属箔を導電性接着剤で接着しているの
で、リードを減速材基板に溶接する場合のように溶接時
の熱で低速陽電子の発生効率が劣化することがなく、さ
らに、リードを減速材基板と絶縁性基板ホルダーとの間
に挟み込む場合のように、減速材基板に歪が発生するこ
とを防止できるとともに、リードが電極以外の部分にも
触れてしまうということを防止することができる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１に基づいて説明す
る。同図において、１は²²Ｎａ等の放射性同位元素より
なる陽電子源であり、２はフィールド・アシスト型の減
速材で、Ｓｉ基板３とこのＳｉ基板３の両面に形成され
た表面電極４ａ及び裏面電極４ｂにより構成されてい
る。表面電極４ａは例えばタングステン、ニッケル等の
陽電子仕事関数が負である材質によって薄膜状に形成さ
れ、アルミニウムにより形成された裏面電極４ｂに対し
て、負の電位に設定され、Ｓｉ基板３内に侵入した陽電
子を引きつけ、放出する。５は絶縁性基板ホルダー、６
は金の細線よりなるリードであり、７はＤＣ電源で、上
記の表面電極４ａ及び裏面電極４ｂ間に所定電圧を印加
することでＳｉ基板内に電界を形成する。

【００１３】次に、本実施例の低速陽電子ビーム発生装
置の製造方法を説明すると、まず、Ｓｉ基板３の両面に
形成された表面電極４ａ、４ｂの陽電子の入射や放出を
妨げない位置に、リード６を導電性の接着剤８で接着す
ることにより、リード６がＳｉ基板３の他の部分には接
触しないように取り付ける。このとき使用する接着剤は
減速材の使用温度範囲内で変質や破損を起こさないもの
である必要がある。次に、このフィールド・アシスト型
減速材２を絶縁性基板ホルダー５に接着剤９で接着す
る。この接着剤９は必ずしも導電性である必要はない
が、接着剤８と同様、減速材の使用温度範囲内で変質や
破損を起こさないものである必要がある。なお、減速材
基板と絶縁性基板ホルダーの接着と電極とリードの接着
の順序はどちらが先であってもかまわない。

【００１４】一方、この低速陽電子ビーム発生装置の外
部には減速材基板を冷却ガスや冷却液等の冷却媒体で冷
却する冷却装置（図示せず）が配置されている。

【００１５】次に、本実施例の低速陽電子ビーム発生装
置の動作を説明する。上記冷却装置によって減速材２を
冷却した状態で、陽電子源１から発生した白色陽電子１
０がＳｉ基板３に入射すると、白色陽電子はＳｉ基板３
で減速、熱化され、表面電極４ａ及び裏面電極４ｂ間に
形成された電界によって運ばれ、表面電極４ａに到達し
低速陽電子１１として放出される。このとき、冷却によ
ってＳｉ基板３と絶縁性基板ホルダー５との部材間の熱
膨張率の相違によって歪が発生しても、この歪が接着剤
によって吸収され、減速材基板の割れ、歪による低速陽
電子の発生効率の低下を防止することができる。

【００１６】上記実施例では、非常に単純な構造のフィ
ールド・アシスト型の減速材について説明したが、この
ような単純な構造に限らず、他の構造のフィールド・ア
シスト型の減速材にも本発明を適用することができる。

【００１７】図２は、他のフィールド・アシスト型の減
速材を使用した低速陽電子ビーム発生装置に本発明を適
用した実施例であり、同図において、２１は厚さ１００
〜５００μｍのＳｉ基板、２２は酸化シリコン等の絶縁
物、２３は例えばタングステン等の薄膜、２４は金等の
電極、２５はアルミニウムよりなる薄膜電極、２６は絶
縁性基板ホルダー、２７はＤＣ電源である。Ｓｉ基板２
１と薄膜２３並びに電極２４との間の絶縁物２２は中央
円形部が切り欠かれた状態となっており、薄膜２３がＳ
ｉ基板２１と接するようになっており、また、電極２４
の中央部分も円形上に切り欠かれている。

【００１８】そして、電極２４、薄膜電極２５の陽電子
の入射や放出を妨げない位置に、リード２８を導電性の
接着剤２９で接着することにより、リード２８がＳｉ基
板２１の他の部分には接触しないように取り付ける。次
に、このフィールド・アシスト型減速材を絶縁性基板ホ
ルダー２６に接着剤３０で接着する。

【００１９】この実施例の場合、薄膜電極２５と薄膜２
３との間にＤＣ電源２７から電圧を印加すると、Ｓｉ基
板２１中に電界が生じるが、Ｓｉ基板２１の周辺部には
絶縁物２２が設けられているので、この電界は薄膜電極
２５から薄膜２３の方向へ直線的とならず、薄膜電極２
５から絶縁物２２の切り欠き部分に向かって生じる。こ
の状態で、ＲＩから放出された白色陽電子線がＳｉ基板
２１に入射すると、入射した陽電子は、薄膜電極２５を
突き抜けてＳｉ基板２１に到達する。Ｓｉ基板２１に到
達した陽電子はＳｉ基板２１中で熱化され、薄膜電極２
５から薄膜２３に向かう電界に沿ってドリフトし、絶縁
物２２の切り欠き部分に向けて移動し、薄膜２３の表面
から低速で単色の陽電子が放出される。

【００２０】このフィールド・アシスト型の減速材で
は、上記のように、入射する高速陽電子のすべてを低速
陽電子ビーム発生装置の中で集束させているので、取り
出された低速陽電子ビームのビーム径をあらかじめ十分
に絞ることができ、陽電子密度を高めることができると
ともに、十分に低速な単色の陽電子を得ることができ
る。

【００２１】図３はさらに、本発明を適用することがで
きる他のフィールド・アシスト型の減速材を用いた実施
例であり、図３において、３１は陽電子源、３２はフィ
ールド・アシスト型の減速材であり、Ｓｉ基板３３とこ
のＳｉ基板３３の両面に形成された表面電極３４ａ及び
裏面電極３４ｂよりなっている。また、３５は絶縁性基
板ホルダーであり、３６はリード、３７はＤＣ電源であ
る。そして、Ｓｉ基板３３の表面上であって、表面電極
３４ａと裏面電極３４ｂとの間には複数の凸部３８ａ又
は凹部３８ｂが形成されている。

【００２２】そして、表面電極３４ａ、３４ｂの陽電子
の入射や放出を妨げない位置に、リード３６を導電性の
接着剤３９で接着することにより、リード３６をＳｉ基
板３３の他の部分には接触しないように取り付ける。次
に、このフィールド・アシスト型減速材３２を絶縁性基
板ホルダー３５に接着剤４０で接着する。

【００２３】この実施例の場合、陽電子線源３１から発
生した白色陽電子はＳｉ基板３３で減速、熱化され、表
面電極３４ａ及び裏面電極３４ｂ間に形成された電界に
よって運ばれ、表面電極３４ａに到達し低速陽電子とし
て放出される。この場合、Ｓｉ基板３３の表面の両電極
３４ａ、３４ｂ間に形成された複数の凸部３８ａ、及び
凹部３８ｂによって両電極３４ａ、３４ｂ間の沿面距離
が長くなるため、両電極３４ａ、３４ｂ間に沿面放電の
発生しない範囲で印加できる電圧が極めて高くなる。従
って、Ｓｉ基板３３内に非常に強い電場の形成が可能と
なり、入射した陽電子の大部分を、それらが対消滅する
前に、表面電極３４ａに到達させることができ、白色陽
電子から低速陽電子への変換効率が大幅に向上する。

【００２４】なお、上記の実施例では、フィールド・ア
シスト型の減速材を用いた例を説明したが、本願の請求
項１の発明は電極を備えない減速材を用いた低速陽電子
ビーム発生装置にも適用することができる。

【００２５】また、陽電子源として上記実施例では、²²
Ｎａ等の放射性同位元素を用いた例を説明したが、サイ
クロトロンによりつくられた¹¹Ｃ等の短寿命放射性同位
元素で、β⁺ 線として陽電子を放出するものや、電子ラ
イナックからの電子をターゲットに当てて、制動放射−
対生成により陽電子を放出するものを使用することもで
きる。

【００２６】さらに、上記の実施例ではリードとして金
の細線を用いたが、金の細線に限らず、金のリボンや金
箔の中央部に穴を明けたものでもよく、また、材質も電
気の流れるものであれば金以外の任意のものを使用する
ことができる。また、上記実施例では、減速材としてＳ
ｉ結晶を用いたが、減速材は電気抵抗の高い結晶であれ
ばよく、ダイヤモンド、ゲルマニウム、あるいはＧａＡ
ｓ基板等を使用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の低速陽電子ビーム発生装置は上
記のように、減速材基板が絶縁性基板ホルダーと接着剤
によって固定されており、冷却によって減速材基板と絶
縁性基板ホルダーとの部材間の熱膨張率の相違によって
歪が発生しても、この歪が接着剤によって吸収される。
従って、歪の発生による減速材基板の割れを防止するこ
とができ、また、減速材基板と絶縁性基板ホルダーとを
ネジ止めする際のような応力歪が発生しないので、低速
陽電子の発生効率が低下するということもない。また、
本願の第２の発明は、上記のように、減速材基板の両面
に設けられた電極に金属線、リボンあるいは箔を導電性
接着剤で接着しているので、リードを減速材基板に溶接
する場合に比較して溶接時の熱で効率が劣化することが
ない。さらに、リードを減速材基板と絶縁性基板ホルダ
ーとの間に挟み込む場合に比較して、減速材基板への歪
の発生が防止でき、さらにリードが電極以外の部分にも
触れてしまうということを防止することができるので、
陽電子の発生効率の低下を防止するとともに、オーミッ
ク接触による動作不能という事態も避けることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低速陽電子ビーム発生装置の一実施例
を示す図である。

【図２】本発明の低速陽電子ビーム発生装置の他の実施
例を示す図である。

【図３】本発明の低速陽電子ビーム発生装置のさらに他
の実施例を示す図である。

【図４】従来の低速陽電子ビーム発生装置を示す図であ
る。

【図５】従来の低速陽電子ビーム発生装置のリードが余
計な接触をした場合を説明した図である。

【符号の説明】

１ … 陽電子源 ２ … フィールド・
アシスト型減速材 ３ … Ｓｉ基板 ４ａ… 表面電極 ４ｂ… 裏面電極 ５ … 絶縁性基板ホ
ルダー ６ … リード ７ … ＤＣ電源 ８ … 接着剤 ９ … 接着剤 １０… 白色陽電子 １１… 低速陽電子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽電子源、減速材及び絶縁性基板ホルダ
   ーを有する低速陽電子ビーム発生装置において、減速材
   基板を上記絶縁性基板ホルダーに接着剤によって固定し
   たことを特徴とする低速陽電子ビーム発生装置。
2. 【請求項２】 陽電子源、フィールド・アシスト型の減
   速材及び絶縁性基板ホルダーを有する低速陽電子ビーム
   発生装置において、減速材基板の両面に設けられた電極
   に、金属線、金属リボンあるいは金属箔を導電性接着剤
   を用いて接着することによりリードとしたことを特徴と
   する低速陽電子ビーム発生装置。